Melatonina: Interés cronobiológico y patológico
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Melatonina: Interés cronobiológico y patológico
Bol Pediatr 1994; 35: 115 - 126 Melatonina: Interés cronobiológico y patológico Arpectos Básicos de la Fisiolo~ia Pineal En general, la síntesis de metoxiíndoles es controlada por un impulso nervioso de tipo simpático, que le imprime un ritmo circadiano sincronizado con el ciclo de luz y que a su vez es modulado por las hormonas circulantes modificando el metabolismo pineal. En la Fig. 1, se recoge en un esquema de Reiter la vía nervioso mediante la cual la luminosidad ambiental regula la función pineal. El neurotransmisor que regula el ascenso nocturno de la producción de melatonina es la noradrenalina (NE). Su acción sobre los P-receptores sufre variaciones dependientes de su ocupación por agonistas, desensibilización, disminución en número y degradación. Excepto en la rata, el número de P-receptores sobre la membrana de los pinealocitos se incrementa durante la noche, permitiéndose así la máxima actividad de la NE, con el resultado de una mayor producción de melatonina ( ~ M Tdurante ) las horas nocturnas. Por otra parte, se ha podido comprobar como diversas manipulaciones del fotoperiodo son capaces de modificar incluso los ritmos de producción de las enzimas precursoras NAT y HIOMT y en consecuencia la síntesis pineal de índoles (1, 2, 3). est'únulo nervioso, así como la estimulación del nervio óptico, aumenta la actividad del núcleo supraquiasmático, que a su vez inhibe la neuronas del ganglio cervical superior. Interés Cronobiológico y Patológico a5í la Prodzlcción Pineal de Melatonina Básicamente lo dividiremos en tres apartados: A) En el primero, serán, comentadas distintas enfermedades en las que se han descrito cambios de interés en la producción y10 ritmo de secreción de la melatonina. B) En el segundo, profundizaremos sobre el posible papel de la aMT como hormona anti-estrés y C) Finalmente presentaremos algunos resultados de interés cronobiológico en la generación del ritmo circadiano de melatonina durante la etapa perinatal. A) Pineal, Melatonzna y Enfermedades relacionadas La señal que sincroniza el ritmo de es el inicio del periodo de luz (4). El aMT Departamento de Pediatría. Universidad de Granad~ Se conocen en la actualidad diversas enfermedades en las que la producción y10 el ritmo de secreción de melatonina se ve alterado, incluyéndose entre las mismas: 1. Psoriasis. Concretamente BIRAUy cols. (5) observaron que en pacientes psoriásicos antes de ser tratados, desaparecía el ritmo circadiano de secreción de aMT y A. MUÑOZ HOYOS Y A. MOLINA CARBALLO FIG. 1. Esquema de fa ~egulaciónpineaf mediante la luz ambiental el pico máximo nocturno, siendo incluso los niveles séricos de aMT significativamente inferiores a los controles en determinados momentos horarios (08.00, 20.00 y 02.00). Por su parte, MOZZANICA y cols. (6), han descrito en varios grupos de pacientes con psoriasis, que las tasas séricas de melatonina son significativamente inferiores durante las horas nocturnas (02.00) y más altas en las diurnas (06.00-08.0012.00) que en grupos controles homogéneos, perdiéndose además el ritmo de secreción circadiana y el pico nocturno de los mismos. Estos autores relacionan estas observaciones con las alteraciones en la secreción rítmica de otras hormonas (GH y prolactina) detectadas en pacientes psoriásicos, y los efectos demostrados de la aMT sobre los niveles de GH y proiactina. 2. Szndrome de Klinefelter y szndro- , me de Turner. Similares hallazgos ha señalado BIRAU(7) en relación a individuos FELTERy afectos de síndrome de UINE TURNER, en los que no se observa el ritmo circadiano normal de secreción de m. Presentando estos pacientes unos niveles prácticamente homogéneos durante las 24 horas. 3. Dermatitis atópica. SCHWARZy cols. (8) encuentran en seis pacientes con eczema atópico y edades comprendidas entre 15 y 28 años una clara abolición del ritmo circadiano en la producción de aMT y niveles séricos inferiores a los controles. Y en otros ocho un cierto incremento en la secreción nocturna de aMT, pero claramente inferior a los controles, presentando MELATONINA: INTERÉS CRONOBIOLÓGICO Y PATOLÓGICO sólo cuatro pacientes un patrón superponible al correspondiente a individuos normales. Las cifras de aMT fueron iguales antes y después del tratamiento, por lo que los autores descartan que el régimen terapéutico sea responsable de las alteraciones observadas en algunos pacientes en los niveles y ritmo de aMT, proponiendo incluso a la aMT como un marcador hormonal del eczema atópico. Estos hallazgos los relacionan con una posible disminución parcial de la actividad del sistema nervioso simpático pineal, así como, con la labilidad psíquica característica de estos pacientes, que de forma típica presentan alteraciones del ritmo circadiano de secreción de aM'T . 4. Trastornos afectivos. La hipótesis de una desincronización interna en los sistemas centrales de generación de ritmos, se ha sugerido para explicar los síntomas clííicos periódicos que manifiestan los enfermos maníaco-depresivos, siendo materia de considerable debate las alteraciones observadas en el ritmo de secreción pineal de aMT y el tratamiento con luz de algunas enfermedades afectivas estacionales, ARENDT(9). Diversos autores han referido un descenso de la aMT plasmática en determinados pacientes con trastornos afectivos. Los enfermos con depresión endógena suelen presentar una menor secreción nocturna de aMT (10) en cambio en los cuadros depresivos de causa no endógena, la tasa hormonal suele hallarse aumentada. D I E ~(11) L no encuentran alteración del ritmo circadiano en pacientes depresivos, aunque observa niveles significativamente superiores durante el verano e inferiores en invierno en los depresivos con respecto a un grupo control, proponiendo el autor los llamados ctszízdromes de h$er e ht$omelatonina». Estas observaciones inducen a la idea de que también tendría 117 interés considerar los patrones de secreción circanual de aMT y la hipótesis de que los pacientes depresivos mostrarían una inversión de la secrección de aMT durante el año, estas alteraciones circanuales podrían tener implicaciones en el estado psicopatológico del enfermo depresivo. Además, se ha podido demostrar como la exposición a la luz brillante (capaz de suprimir la secreción de ~ M Thace ) desaparecer los síntomas depresivos invernales en los pacientes con trastornos afectivos de variación estacional. El paciente depresivo que presenta una disminución en la tasa de aMT con una ausencia casi total de incrementos nocturnos suele tener de modo concomitante un incremento de las tasas de cortisol plasmático. WETTERBERG (12) en algunos trastornos depresivos ha llegado a sugerir la existencia de un ((Szízdromepor descenso de melatonina))que vendría definido por los siguientes criterios: - Una baja concentración nocturna de aMT. - Un test de supresión de corticoides mediante dexametasona anormal. - Un ritmo circadiano de cortisol alterado. - Una escasa variación cíclica y anual de la sintomatología depresiva. 5. &pina B$da Oculta. Los pacientes diagnosticados de espina Mida muestran niveles séricos de aMT superiores a los grupos controles de las mismas edades (infancia: 220-240 pglml; pubertad: 135-145 pglml; adultos: 155-165 pglml), con diferencias estadísticamente significativas, p < 0.001, observándose en todos los casos una carencia de ritmo circadiano en las concentraciones séricas a lo largo de las 24 horas. 6. Sanoidosir. En pacientes con sarcoidosis , enfermedad más propia del adulto, tratado con corticoterapia, Birau (5) 118 A. MUÑOZ HOYOS Y A. MOLINA CARBAILO observa tasas muy elevadas de aMT (más de 1000 pglml) así como una pérdida del ritmo circadiano normal. En cambio en pacientes sin tratamiento corticoideo los niveles de aMT son igualmente elevados, pero hasta tasas de 400 pglml, alterándose también el ritmo horario, en todos los casos con diferencias significativas respecto a los controles (p < 0.001). 7 . Melatonzna, Patologzá Tumoral e Inmunidad Diversos estudios desarrollados en pacientes oncológicos con diferentes tipos de tumores describen aumentos en los niveles séricos de aMT e incluso un ritmo circadiano anormal en la concentración de aMT, algunas veces con un descenso del pico nocturno. En la literatura médica se recoge un creciente número de aportaciones acerca del papel tanto promotor como inhibidor de la tumorogénesis ejercido por la glándula pineal (13, 14), llegando a alcanzar este aspecto un lugar destacado dentro de la investigación sobre la glándula pipeal. La mayoría aboga por un afecto inhibidor o actividad antineoplásica que se desarrollaría por diversos mecanismos, incluyendo.una estimulación del sistema inmune, una inhibición de los factores de crecimiento tumoral y un posible efecto diferenciador de las células cancerosas, más que mediante un efecto citotóxico directo contra las células neopiásicas (15). Los mismos autores, basándose en las bien conocidas alteraciones endrocinas, metabólicas e inrnunológicas observadas en pacientes oncológicos, y más recientemente en las anomalías de la secreción de aMT descritas, sugieren que debe haber una relación de aquéllas con una función pineal alterada. La actividad antineoplásica de la aMT bien demostrada en animales y la ausencia de toxicidad en humanos indujo a Lissoni y cols. (15) a estudiar los efectos biológicos de la aMT, en pacientes con neoplasias en estadíos avanzados que no respondían al tratamiento estandar, adrninistrándoles la aMT inuamuscular y oral diariamente, sugiriendo sus resultados que la aMT podría enlentecer el crecimiento tumoral e incluso mejorar la calidad de vida en algunos pacientes cancerosos. Entre nosotros, y en relación a pacientes alérgicos Molina y col (16) demostraron la existencia de una relación significativa entre aMT y P-endorfinas en pacientes dérgicos al polen del olivo, relación que desaparece por completo tras la instauración de un tratamiento desensibilizante (Fig. 2). 8. Melatonina y Función Tiroidea. Tanto en ratas como en el hámster sitio la - r - R E - 0.26 s.) - 0.0069 s.) (n. (n. 1 m 5 . 60 Relaczones entre p~endorjnasy melatonina en un grupo de pacientes akgicos al polen del olivo sometidos a una pauta desensibihante. a) En la parte superior se comprueba la emjtencia de una correlación s&nijicativa entre ambas variabLes; r = 0.71, (p < O.002). 6) Relación que desaparece por completo tras aplicar u n tratamiento desensibilizante: r = 0.26 (p = NS). (Molina y col.) (16) FiG. 2 . MELATONINA: INTERÉS CRONOBIOLÓGICO Y PATOLOGICO tiene un efecto frenador de la función tiroidea (17, 18, 19), posiblemente por inhibición de la secreción hipotalámica de TRH (18, 20, 21), sin descartar una influencia directa, por retroalimentación negativa entre las glándulas pineal y tiroidea (22). aMT En pacientes hipo- o hipertiroideos el ritmo de aMT no difiere del encontrado en individuos normales, siendo similar la secreción integrada de la hormona a lo largo de 24 horas. Tras un test de estímulo con clonidina, FERNÁNDEZ (23) no encontró relación entre los niveles de TSH y aMT en niños con retraso constitucional de crecimiento y baj a talla familiar. 9. Pineal' y Dzabetes Mel'itus. O'BRIENy cols. (24) han descrito una desaparición del ritmo circadiano en la secreción'pinea~ de aMT en pacientes diabéticos con neuropatía, mientras en el grupo de diabéticos sin neuropatía mostraron un menor pico nocturno de aMT en relación a otros grupos de individuos normales, aunque manteniendo el ritmo circadiano normal. 10. Efecto sobre h Conducta. En el hombre, la aMT es un potente inductor del sueño (25). Una dosis i.v. de 50 mg, administrada durante el día es capaz de inducirlo en el lapso de 15-40 minutos y mantenerlo durante 20-60', alcanzando los estadíos 3 y 4. En otra interesante aportación, una dosis matutina de aMT indujo sueño, aceleró el momento de aparición del sueño REM e incrementó su duración (26). 11. Gl'ándda Pineal' y Epil'epsia. En el hombre las convulsiones epilépticas se distribuyen según un ritmo circadiano (27), y la alteración de los ciclos normales (28) (por alteración del sueño (29), estrés, alcohol, embarazo, etc .) pueden precipitar 119 un aumento de la frecuencia convulsiva. ANTÓN-TAY(30), (31) observó que dosis mayores de 2 gldía reducen la actividad de puntas y la frecuencia convulsiva en pacientes con epilepsia intratable del 1óbulo temporal, describiendo además los efectos beneficiosos de la aMT sobre otras enfermedades neurológicas. En experiencia de nuestro grupo MOLIy cols. (32), (33), ha estudiando la secreción circadiana de melatonina en niños afectos de distintos tipos de convulsiones comprobándose la existencia de un ritmo circadiano en la secreción pineal de melatonina en pacientes epilépticos, que desaparecía totalmente en otro grupo con convulsiones febriles (Fig. 3). Junto a la desaparición del ritmo circadiano se pudo comprobar además que tanto los niños con epilepsia como los efectos de convulsiones febriles presentan una tasa significativamente mayor de melatonina en suero tras la crisis convulsiva (34), (35), cifras que retornan a valores normales justo 24 horas después del episodio convulsivo (36). NA Asíísmo, se ha comunicado una correlación lineal entre los niveles séricos de aMT y la duración del episodio convulsivo, resultados que interpretan como una respuesta pineal inmediata para lograr el cese de la convulsión, que indicaría una posible acción directa de la aMT sobre la excitabilidad neurona1 como neurotransmisor inhbidor, entrando a formar parte de los mecanismos implicados en la génesis del pedodo postictal refractario (37). En este mismo sentido también pudimos comprobar la existencia de un cierto equilibrio I correlación entre ambas vías metabólicas del triptófano (Kynurenina y metoxi-indoles) con una correlación significativa entre sus metabolismos principales en condiciones normales; equilibrio que desaparece por completo ante la existencia de una crisis convulsiva. La existencia de 120 A. MUNOZ HOYOS Y A. MOLINA CARBALLO RrrHO DE aMT ( MELATONINA) EN NIÑOS NORMALEC, ERLEPTICB Y C.FEBRILES. pg/ml. 1---- NORMALES. 2 -EPILEPTICAC. 3.-...,C,FEBRILES. . . . 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 , 22 23 24 1 2 3 4 5 0 7 8 '9 TIEMPO M HORAS FIG. 3 . Ritmo de me/atonina en pacientes epi/épticos y niños con convu/siones febn2e.e.c episodios convulsivos tanto febriles como epilépticos modifican claramente el ritmo de eliminación de algunos metabolitos del triptófano, pertenecientes a la vía principal (kyn) y a la vía alternativa (xanturénico) (38, 39). B. Relación entre Glándula Pineal y Sitaaciones de Estrés La literatura más reciente viene haciendo hincapié acerca del posible papel de la glándula pineal y su producción hormonal mejor conocida, N-acetil-5-metoxi-triptamina, como hormona anti-estrés. En esta línea, se han realizado determinadas experiencias de laboratorio, las cuales se podrían resumir esquemáticamente bajo los siguientes términos: «cuando las ratas son sensibilizadas mediante apropiadas manipulaciones ambientales, capaces de inducir una situación de estrés agudo, se observa como respuesta en el animal un aumento significativo de la síntesis y secreción de aMT, pretendiéndose explicar estas modificaciones hormonales a través de la apari- ción de determinados cambios en la sensibilidad pineal a las catecolaminas, características de la inervación simpática de la glándula pineal o niveles circulantes de catecolaminas». En base a estas afirmaciones y las experiencias de nuestro grupo distinguiremos) 1) Un modelo de estrés agudo; en el que se han incluído recién nacidos con sufrimiento fetal agudo, y niños afectos de convulsiones febriles y epilépticas, pacientes con traumatismos físicos y un último grupo de pacientes en edad pediátrica sometido a distintos tipos de intervenciones quirúrgicas. 2) Un segundo modelo de estrés crónico, en el que se incluyeron niños con diversos problemas familiares y sodales, los cuales habían sido recluídos en instituciones de acogida. Al mismo tiempo se consideró en todos los diseños experimentales un factor de clasificación en función del horario. (Grupos Día entre las 09.00 a 21.00 horas, y Grupos Noche entre las 21.00 a MELATONINA: INTERÉSCRONOBIOLÓGICO Y PATOLÓGICO 09.00 horas). Estas características hacen que los resultados que presentamos en estas experiencias tengan connotaciones especiales que los hacen difícilmente comparables a otras aportaciones de la literatura. Con independencia de estas consideraciones y en función de los resultados obte(41), nidos por MOLINA(40), RODK~GUEZ MART~N (42) y JALDO (43), son perfectamente asumibles los comentarios que seguidamente se detallan. Atendiendo a los resultados globales obtenidos y sin tomar en consideración ni el tipo de est'unulo ni la intensidad del mismo, podemos afirmar que la glándula pineal es sensible a diversos estímulos estresantes, dependiendo la característica de la respuesta obtenida (en el sentido de mayor o menor producción hormonal) de la clase de estímulo al que es sometida. En consonancia con recientes aportaciones de la literatura que confieren a la melatonina una acción reguladora o moduladora de desequilibrios internos, y en consecuencia una cierta acción anti-estrés, se puede afirmar que la existencia de una situación de sufrimiento fetal agudo, convulsión febril, convulsión epiléptica, intervención quirúrgica y traumatismo intenso, inducen una mayor producción de melatonina. Por otra parte, se puede afirmar que la existencia de una situación de estrés mantenidos de origen psico-afectivo como sucede con los niños institucionalizados, conduce a una menor secreción de melatonina en las determinaciones basales tomadas durante las primeras horas de la mañana (42). Resulta dificil igualmente y a la luz de los conocimientos que actualmente se poseen poder explicar en términos bioquímicos o de mecanismos fisiopatológicos el porqué de estas variaciones. De todas for- 121 mas, consultada la literatura al respecto hay opiniones autorizadas en este sentido como la de REITER(44) que considera que 10s efectos de ciertas condiciones ambientales adversas son más complejas de lo que inicialmente se podría pensar, y no es válido asumir simplemente que las elevadas cantidades de catecolaminas adrenales y de otro origen puedan en situaciones de esués estimular la producción de &T. Otro aspecto distinto es la consideración de analizar la proporción en la respuesta pineal en relación al estímulo, y como hemos podido comprobar en distintos modelos (neurológico, quirúrgico, etc .) a mayor grado de estrés se va a producir una mayor intensidad en la respuesta glandular. C. Desarrollo del Sistema Generador del Ritmo de Melatonina El momento de aparición de cada uno de los componentes del sistema generador del ritmo de aMT, ha sido ampliamente revisado por KLEINy cols. (45). En el h'áter y en la rata, la luz es capaz de inhibir el aumento nocturno de secreción de melatonina al final de la segunda semana de vida, supresión que refleja el ritmo circadiano de actividad NAT (ya presente al final de la primera semana de vida) y de la actividad HIOMT (que es de magnitud apreciable a partir de la segunda semana de vida), (46). Matizando además que el ritmo de aMT presente en la rata recién nacida es un reflejo del ritmo propio de la madre, dado que en éste momento del desarrollo no han madurado todos los sistemas implicados en la síntesis de aMT. En el hombre, según ATTANASIOy cols. ( 4 3 , durante el primer mes de vida ni el precursor inmediato de la aMT (N-acetil-serotonina, ~ H T ) ,ni la propia melatonina, exhiben ningún tipo de secreción rítmica. Unicamente el precursor de 122 A. MUÑOZ HOYOS Y A. MOLINA CARBALLO ambas hormonas HT, sigue un patrón circadiano de secreción de gran amplitud. Entre primer y tercer mes de vida disminuye la magnitud del ritmo de HT y aparece un claro ritmo circadiano en la secreción de aHT, con evidentes diferencias nocheldía. Estos autores describen que las diferencias circadianas en la secreción de aMT se desarrollan entre el 3-9 mes de vida postnatal, (48, 49), Fig. 4. ACTIVICAE NAT MELATONINA SEROTONINA N-ACETILSEROTONINA MELATONINA F ~ G4. . Patrón de desarrollo que presenta el sistema generador del ritmo de melatonina yor o menor catabolismo o degradación hormonal. Durante los primeros 6 meses de vida, la concentración media nocturna de aMT en suero (medida por RIA) es baja (27.3 +. 5.4 pglml;). Aumenta hasta alcanzar un máximo entre el primer y tercer año de vida (329.5 + 42 pglml), y es considerablemente menor en individuos de 15-20 años de edad (62.5 Ipglml). El valor medio en individuos de 70-90 años de.edad es de 29.2 +: 6.1 pglml (51). LEMAITRE y cols. (52) reseñaban que la eliminación urinaria de aMi' (corregida según el peso corporal) desciende en función de la edad, con una caída más pronunciada en los recién nacidos (en el estadío de la crisis genital) y en la pubertad. La eliminación urinaria de aMT (sin corregir según peso) es alta en recién nacidos y desciende durante el primer año de vida. Posteriormente aumenta en niños entre 1 y 13 años de edad y desciende en adultos. Además como han señalado JALDOy col. (53) la pineal del neonato con menos de 72 horas de vida es capaz de responder ante factores estimulantes. MOLINAy cols. (32) en un grupo de 39 niños normales de corta edad refiere durante el día valores de 26.54 +. 9.57 pglml (edad media: 44 36 meses) y durante la noche valores de 53.17 ? 2 1.51 pglml (edad media: 37.76 -t 41.26 meses). _+ Para MITCHELL (50) las altas concentraciones de aMT en cordón umbilical y las altas diferencias arterio-venosas encontradas durante el parto sugieren que la pineal fetal es un órgano activo durante el transcurso del parto. Las diferencias arteriovenosas que refiere en relación al tipo de parto (cesárea y espontáneo vaginal), es posible que reflejen una inhibición de la secreción fetal de aMT O bien un est'mulo por factores -no conocidos- asociados a la cesárea, aunque tampoco se pueden excluir alteraciones relacionadas con un ma- De cualquier forma, y tal como se representa en a Fig. 5 , en este tipo de diseños en los que no es posible obtener más de una muestra, se encontraron diferencias significativas entre las tasas diurnas y nocturnas en cordón umbilical, tanto en recién nacidos normales, pretérminos, como en aquellos con sufrimiento fetal agudo. Otro problema distinto, aunque íntimamente ligado a esta afirmación, es la MELATONINA: INTERÉS CRONOBIOLÓGICO Y PATOLÓGICO 123 Tiempo (horas) 6. Anáhis cosinor. La función coseno fue 06tenida para pare1 de dato1 (aMT-hora de extracción). La curva sinusoidal se ajustó a la ecuación (t = hora del da)). El aju~teno fue ~ignzficativo,como demostración de la ausencia de un ntmo circadiano en la secreción de melatonina en recién nacidos normales. (Muñoz y col. 55) FIG. t Bonferroni) HG. 5. AnZliris de la varianza ( t e ~ de con tre1 pares de variable1 (diferencia1 día/noche en cada grupo, valores diurnos para cada gmpo, y valores nocturno1 para cada grupo) para las concentracione~plasmáticas de melatonina en arteria (Figura superior) y vena umbilical (Figura inferior). +p < 0 . 0 ~ ;*;ó < 0.01; * * p < o.001. ( M U ~ O Z Hoyos A . y col. Pineal Res 1992; 13(4): 184-191) consideración que suscita el conocimiento del libre paso placentario de aMT, con lo que la situación volveria al principio de la cuestión. Creemos que los comentarios que seguidamente añadiremos pueden ayudar a esclarecer este punto: ZEMDEGS y cols. (54) intentan resolver la cuestión en un modelo de experimentación animal (oveja), en las que previa comprobación de la existencia de un ritmo circadiano de aMT plasmático hacia el 114 día de gestación, realizan en este mismo día de gestación una pinealectomía y determinación posterior de las tasas de a m , demostrando como desaparecen los ritmos tanto en el feto como en la madre, aunque ambos siguen un ritmo paralelo con tasas bajas. Por último, y como se indicaba anteriormente, a pesar de aceptarse estas diferencias, no es posible definir si las mismas son debidas a influencias maternas, o son expresiones puramente feto-neonatales. Para intentar conocer algo más de esta cuestión, pudimos desarrollar un trabajo en recién nacidos con menos de 72 horas de vida y aplicar un análisis de cosinor, el cual pudo demostrar la no existencia de ritrnicidad (Figs. 6), (5 5). BIBLIOGRAFIA 1. SUGDEN,D.; KLEIN,D . C . : Adrenergic s ti mula tion of rat pineal hydroxyindole-o-methyltramfera~e. 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